于 泓

(貴州省煤礦設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550000)

1 概 述

近年來帶式輸送機(jī)相關(guān)理論的研究取得了很大進(jìn)展，帶式輸送機(jī)主要部件的技術(shù)性能也明顯提高，為帶式輸送機(jī)向長距離、大型化方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)已經(jīng)在許多工程項(xiàng)目上得以運(yùn)用，帶式輸送機(jī)已不只是廠內(nèi)及車間與車間之間的輸送設(shè)備，而成為可以與汽車運(yùn)輸相競爭的輸送設(shè)備。無論國外還是國內(nèi)的建材及礦山行業(yè)，在這兩種運(yùn)輸方案的對比選擇后，最終還是較多地選擇以長距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)代替汽車運(yùn)輸?shù)姆桨竅1]。

長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)和管狀帶式輸送機(jī)是近年來應(yīng)用較為廣泛的長距離輸送設(shè)備，二者各具特色。

1.1 長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)

長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)應(yīng)用于輸送機(jī)線路的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能直線連接時的情況。采用彎曲的運(yùn)行線路以繞開障礙物或不利地段，實(shí)現(xiàn)少設(shè)或不設(shè)中間轉(zhuǎn)載站，從而達(dá)到減少設(shè)備的數(shù)量，使系統(tǒng)的供電和控制系統(tǒng)更為集中[2]。中間轉(zhuǎn)載站的取消，解決了轉(zhuǎn)載站帶來的一系列問題，如：取消了緩沖站、清掃器、導(dǎo)料槽等磨損件；無物料溢出或堵塞的危險；取消了中間環(huán)節(jié)，大大減少系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量，系統(tǒng)簡單、維護(hù)量??；減少了粉塵飛揚(yáng)和燥聲，有利于保護(hù)環(huán)境；另外由于長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)取消了中間轉(zhuǎn)載的卸料高度，減少了系統(tǒng)運(yùn)行的耗能，在一定程度上減少投資。

在國外，平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)已在露天礦、地下煤礦的彎曲巷道、水電站建設(shè)工程、礦山輸送、港口以及其它生產(chǎn)系統(tǒng)中推廣使用。

目前，國內(nèi)已在應(yīng)用的單機(jī)輸送長度，國外最長達(dá)20.3km ，國內(nèi)最長達(dá)16.6km；國外最大帶速已達(dá)12m/s。國內(nèi)的最大帶速達(dá)5.6m/s ，最大輸送量8900t/h。

1.2 管狀帶式輸送機(jī)

管狀帶式輸送機(jī)(簡稱管狀帶式輸送機(jī))是在普通帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型連續(xù)輸送設(shè)備，管狀帶式輸送機(jī)的頭尾部結(jié)構(gòu)與普通帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)并無太大的區(qū)別。管狀帶式輸送機(jī)中部輸送帶被六邊形布置的輥?zhàn)訌?qiáng)行裹成圓管，輸送物料被完全封閉在圓管內(nèi)隨輸送穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

管狀帶式輸送機(jī)由于特殊的托輥布置形式，其沿程的轉(zhuǎn)動件的慣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他形式的帶式輸送機(jī)，導(dǎo)致管狀帶式輸送機(jī)起制動困難，由于需要驅(qū)動數(shù)量多于普通帶式輸送機(jī)2倍輥?zhàn)有D(zhuǎn)，驅(qū)動裝置需要為此單獨(dú)提供足夠的驅(qū)動力，所以管狀帶式輸送機(jī)的無功功率非常高，其無功功率約占系統(tǒng)裝機(jī)功率的50%以上甚至更高，由此導(dǎo)致管狀帶式輸送機(jī)的運(yùn)行電耗遠(yuǎn)高于普通結(jié)構(gòu)的帶式輸送機(jī)，其帶來的后果就是系統(tǒng)的運(yùn)行功率居高不下，采用這種設(shè)備的系統(tǒng)運(yùn)行成本較高[4]。

由于管狀帶式輸送機(jī)對輸送帶要求很高，不但要求有縱向強(qiáng)度，還要求輸送帶橫向剛度，而這種特性的長期保持在技術(shù)上難以保證，這樣會大大增加管狀帶式輸送機(jī)的運(yùn)行風(fēng)險，特別是當(dāng)輸送帶的橫向剛性難以維持時，輸送帶的重心將變得難以捉摸，這將為輸送帶的扭轉(zhuǎn)帶來誘因，一旦發(fā)生扭轉(zhuǎn)，如此長度的管狀帶式輸送機(jī)若要恢復(fù)原狀，對于礦井生產(chǎn)和裝車系統(tǒng)的生產(chǎn)都將要付出停產(chǎn)待料的代價[5-7]。

由于管狀帶式輸送機(jī)特殊結(jié)構(gòu)，輸送帶的縱向撕裂也是難以解決的問題，管狀帶式輸送機(jī)由于輸送帶包裹成圓管，監(jiān)測探頭無法對輸送機(jī)全斷面進(jìn)行監(jiān)測，距離較短的管狀帶式輸送機(jī)更換整個輸送機(jī)相對容易，而該工程14km長的輸送帶若需全程更換，僅硫化接頭一項(xiàng)就需最少30d才能帶式完成。

1.3 運(yùn)輸方式選擇

1.3.1 采用汽車(租賃)運(yùn)輸

根據(jù)該工程所在地的當(dāng)前的運(yùn)輸現(xiàn)狀，煤炭外運(yùn)方式單一，幾乎全部依靠公路運(yùn)輸，尚未形成多元、靈活的煤炭綜合運(yùn)輸體系。本工程若繼續(xù)沿用汽車輸送方式，自礦井選煤廠的儲煤場至白馬洞鐵路集運(yùn)站儲煤場間沒有既有的道路可以利用，借用最近的縣級公路和省道也需要新建公路至少5.61km，汽車運(yùn)輸距離累積38.31km，滿足肥田礦井生產(chǎn)能力運(yùn)煤汽車的配置參數(shù)為：汽車運(yùn)輸時間153.24min；自卸汽車臺班運(yùn)輸能力A為85t/臺·班；自卸車周轉(zhuǎn)一次時間為169.24min；汽車數(shù)量N為155臺。參考貴州省畢節(jié)地區(qū)貨運(yùn)價格約1.8元/t·km，采用汽車運(yùn)輸建設(shè)時年運(yùn)輸費(fèi)用見表1。

表1 汽車年運(yùn)輸費(fèi)用

由表1可知，由于汽車運(yùn)輸距離過長及當(dāng)?shù)刎涍\(yùn)單價相對較高，致使年運(yùn)輸成本較高，導(dǎo)致礦井產(chǎn)煤在運(yùn)至火車裝車后每噸需增加近69元的成本，極大削弱了礦井產(chǎn)煤的市場競爭力。

1.3.2 采用一段式管狀帶式輸送機(jī)運(yùn)輸

采用一段式管狀帶式輸送機(jī)，線路布置可滿足規(guī)劃要求，但該工程輸送線路過長，選擇管狀帶式輸送機(jī)作為主要輸送設(shè)備，需倍加謹(jǐn)慎，1段式管狀帶式輸送機(jī)配置技術(shù)參數(shù)見表2。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，管狀帶式輸送機(jī)在布置機(jī)長超過5km后，其綜合運(yùn)營成本甚至超過汽車運(yùn)輸方案。

表2 1段式管狀帶式輸送機(jī)配置技術(shù)參數(shù)

1.3.3 設(shè)備投資估算

針對1段式管狀帶式輸送機(jī)和2段式長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)方案設(shè)備配置選型進(jìn)行比較。

方案一：1段式管狀帶式輸送機(jī)布置方案

方案二：2段式長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案。

1.4 運(yùn)營分析

本運(yùn)輸系統(tǒng)的根據(jù)年運(yùn)輸240萬t能力要求，對采用長距離水平轉(zhuǎn)彎、管狀帶式輸送機(jī)和汽車運(yùn)輸三種方案進(jìn)行運(yùn)營成本的分析與比較。

1.4.1 運(yùn)營成本

1)按照系統(tǒng)的運(yùn)營周期為20a計算，自2012年投入運(yùn)營，運(yùn)營期限為20a至2031年止。

2)為利于方案比選長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)和管狀帶式輸送機(jī)方案均按照6400萬元申請款，年利率6.14%，16年還清，每年還400萬元；3年期短期貸款，到期后就未歸還貸款借新貸還舊貸。項(xiàng)目建設(shè)周期1a，自2011年申請貸款；則第一年貸款利息資本化計入資產(chǎn)原值，以后每年計入當(dāng)期損益。

3)帶式輸送機(jī)按20a計提折舊，5%預(yù)留殘值。

4)汽車運(yùn)輸按照當(dāng)?shù)仄囏涍\(yùn)單價1.8元/t·km計費(fèi)。

5)帶式輸送機(jī)運(yùn)行功耗電價參照當(dāng)?shù)仄胀üI(yè)用電0.58元/度計取。

6)操作人員人工成本4萬元/a。(人員組成為兩班制，每班4人)。

1.4.2 方案運(yùn)營分析比較

方案運(yùn)營比較見表3。

表3 方案運(yùn)營比較 萬元

注：方案一為2段式長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案；方案二為1段式管狀帶式輸送機(jī)布置方案；方案三為汽車運(yùn)輸方案。

對上述數(shù)據(jù)的對比分析可以得出：

1)采用長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案(方案一)作為本項(xiàng)目原煤輸送的方式，由于綜合投資較少、節(jié)能效果明顯，使得運(yùn)營成本最低。

2)采用管狀帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案(方案二)作為本項(xiàng)目原煤輸送的方式，由于設(shè)備投資較高、耗能量大、造成運(yùn)營期成本較高。

3)汽車運(yùn)輸方案(方案三)，雖然修建道路的固定投入相對較低，但其運(yùn)行成本相對固定在高位，故其運(yùn)營成本最高。

根據(jù)目前燃油價格的不斷增高，汽車運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行成本還會不斷地向上調(diào)整，而電費(fèi)受國家宏觀調(diào)控的影響，上調(diào)的幅度始終會低于燃油價格上調(diào)幅度，故上述比較是相對準(zhǔn)確，具有實(shí)際意義的。汽車運(yùn)輸由于成本過高，不推薦采用；而管狀帶式輸送機(jī)輸送方案由于運(yùn)營成本與汽車方案接近故也不推薦采用。所以本工程推薦采用長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案作為礦井原煤運(yùn)輸?shù)闹饕侄巍?/p>

2 長距離水平轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)的設(shè)計

2.1 運(yùn)輸線路

采用長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)方式運(yùn)輸，利用設(shè)備可在水平和豎向彎曲的特點(diǎn)，采用迂回布置方式以避開線路中地形復(fù)雜區(qū)段實(shí)現(xiàn)自礦井至火車集運(yùn)站的不間斷連續(xù)輸送。

2.1.1 線路規(guī)化

輸煤系統(tǒng)線路方案如圖1所示，由于區(qū)域內(nèi)地形較為復(fù)雜，多為巖溶溝谷、峰叢洼地及中等切割的構(gòu)造、剝蝕山地地貌，山高坡陡，溝谷縱橫，地形高差變化較大，帶式輸送機(jī)線路選擇時遵循“線路最短”、“地勢相對平坦”、“避免大規(guī)模道路橋隧施工”、“避免林地和耕地占用”、“施工條件具備”等原則，經(jīng)篩選后可供比對的線路共有2條，按照線路自短至長分別定義為線路1～2，以下就各線路規(guī)劃的優(yōu)缺點(diǎn)及與該工程實(shí)際情況的吻合度進(jìn)行分析比較。

方案一的帶式輸送機(jī)線路豎向有兩處需考慮隧道通過，隧道長度分別為1182m和1895m，整個線路水平無彎曲段，豎向起伏較小，故長距離帶式輸送機(jī)可滿足布置條件。線路1剖面圖如圖2所示。

圖2 方案一(線路1)剖面圖

方案二：該方案為一水平曲線布置方案，水平長度為7024m，線路2剖面圖如圖3所示。

圖3 方案二(線路2)剖面圖

該方案較線路1水平長度均有所增加，需考慮2處穿越隧道，隧道長度分別為1347m、1230m，整個線路水平及豎向均有彎曲段，采用長距離曲線帶式輸送機(jī)能滿足布置要求。

2.1.2 線路比較及選擇

線路1和線路2比較見表4。

表4 線路1和線路2比較

通過分析比較，選擇“線路2”作為運(yùn)輸?shù)耐扑]方案。

2.1.3 方案比較及選擇

方案一：1段式長距離曲線帶式輸送機(jī)布置。輸送機(jī)沿著“線路2”走向布置，由于設(shè)備轉(zhuǎn)彎曲率半徑的布置要求限制，線路偏離規(guī)劃線路中心線較多。故此方案不推薦采用。

方案二：2段式長距離曲線帶式輸送機(jī)布置。在規(guī)劃線路近三分之一處設(shè)一全封閉無人值守轉(zhuǎn)運(yùn)站T1，從礦井選洗煤廠到T1轉(zhuǎn)運(yùn)站間采用長距離曲線帶式輸送機(jī)BC1，帶式輸送機(jī)總長度約2780m；從T1轉(zhuǎn)運(yùn)站到鐵路集運(yùn)站儲煤場側(cè)T2轉(zhuǎn)運(yùn)站間布置長距離曲線帶式輸送機(jī)BC2，輸送機(jī)總長度約4273m。

采用2段式帶式輸送機(jī)布置方式，首先解決了方案一中所遇到的水平曲線彎曲半徑對線路規(guī)劃的影響，分段布置后，布置線路基本符合規(guī)劃路徑要求；其次，由于帶式輸送機(jī)采用了分段布置方式，輸送帶張力分布與帶式輸送機(jī)側(cè)型布置相匹配，從BC1帶式輸送機(jī)的側(cè)型布置可以總結(jié)出，整機(jī)布置成V字形，以線路規(guī)劃中跨越的歹陽河為界，左側(cè)區(qū)段帶載時，整機(jī)有下運(yùn)趨勢；右側(cè)區(qū)段帶載時，整機(jī)負(fù)荷最大；滿載停車時V字形底部有負(fù)張力的趨勢；BC1帶式輸送機(jī)工況十分復(fù)雜，而BC2帶式輸送機(jī)由于地形相對平緩，整機(jī)運(yùn)行工況相對簡單，所以整個線路經(jīng)此分段后，系統(tǒng)運(yùn)行工況也得到了較為清晰的分離，為后期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了條件；再次，系統(tǒng)分段布置后，較1段式布置相當(dāng)于增加了中部助推裝置，帶式輸送機(jī)最大張力顯著下降，系統(tǒng)負(fù)載隨之降低，為輸送帶本體及機(jī)械設(shè)備選型小型化通用化奠定了基礎(chǔ)，設(shè)備土建荷載也隨之減小，雖然系統(tǒng)中增加了T1轉(zhuǎn)運(yùn)站，但由于可實(shí)現(xiàn)全封閉、無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控，故對生產(chǎn)管理和安全運(yùn)行不會造成負(fù)面影響。采用2段式長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)布置，如圖4所示。

圖4 長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)纏繞形式

2.2 長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)選型

1#長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)[6，7]。

2.2.1 原始技術(shù)參數(shù)

輸送能力：700t/h，運(yùn)輸距離：2780m，提升高度：156m。

2.2.2 主要參數(shù)確定

1)傳動滾筒圓周驅(qū)動力計算：

Fu=CNflg[qt+(2qB+qG)cosβ]+qGHg=131010N

式中，CN為附加阻力影響系數(shù)；f為模擬摩擦系數(shù)；g為重力加速度；qRO為承載托滾旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量；qRU為空載托滾旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量；qB為輸送帶的質(zhì)量；qG為輸送物料的質(zhì)量。

2)軸功率：

P=10-3FV=524.04kW

3)電機(jī)功率的確定：根據(jù)本驅(qū)動系統(tǒng)的特性，取驅(qū)動系統(tǒng)正功率運(yùn)行時的傳動效率η1=0.85～0.95。額定功率Pd為：

故選用一臺防爆電機(jī)YB450-50-4，額定功率630kW。采用電機(jī)+高壓變頻軟起動+減速器的驅(qū)動形式。

2.2.3 選型結(jié)果

1#長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)：機(jī)長L=2780m，輸送能力Q=700t/h，帶寬B=1000mm，速度v=4m/s，帶強(qiáng)ST=2000N/mm，電動機(jī)YB450-50-4功率P=630kW，尾部單驅(qū)動，減速機(jī)H2SH16+2FAN，i=20，風(fēng)油冷卻裝置，10kV高壓變頻軟啟動，盤式制動器KPZ-1600/182/364自動液壓拉緊裝置ZLY-01-14/100。

2#長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)主要參數(shù)計算同上(略)。

3 結(jié) 論

1)首次將長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)應(yīng)用于肥田礦井及選煤廠產(chǎn)品煤運(yùn)至白馬洞鐵路貨運(yùn)站運(yùn)輸。

2)實(shí)現(xiàn)散貨大批量、高效率、安全可靠、環(huán)保的運(yùn)輸，滿足用戶對大宗散貨的運(yùn)輸要求；也為長距離水平轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)在礦山的使用提供依據(jù)。